Защиты электродвигателей

ПУЭ требует для асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1 кВ установки защиты от многофазных замыканий и в определенных случаях – защиты от однофазных замыканий на землю, защиты от токов перегрузки и защиты минимального напряжения. На синхронных электродвигателях должна предусматриваться защита от асинхронного режима, которая может быть совмещена с защитой от токов перегрузки.

Для защиты от многофазных замыканий могут применяться предохранители или должна устанавливаться:

1. Токовая однофазная отсечка без выдержки времени отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах с реле прямого или косвенного действия, включенным на разность токов двух фаз – для электродвигателей мощностью менее 2 МВт.

2. Токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах с реле прямого или косвенного действия – для электродвигателей мощностью 2 МВт и более, имеющих действующую на отключение защиту от однофазных замыканий на землю, а также для электродвигателей мощностью менее 2 МВт, когда защита по п.1 не удовлетворяют требованиям чувствительности.

3. Продольная дифференциальная токовая защита для электродвигателей мощностью 5 МВт и более, а также менее 5 МВт, если токовые отсечки не обеспечивают требуемой чувствительности.

Защита электродвигателей мощностью до 2 МВт от однофазных замыканий на землю при отсутствии компенсации должна предусматриваться при токах замыкания на землю 10 А и более, а при наличии компенсации – если остаточный ток в нормальных условиях превышает это значение. Такая защита для электродвигателей мощностью более 2 МВт должна предусматриваться при токах 5 А и более.

Защита от перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, подверженных перегрузке по технологическим причинам и при тяжелых условиях пуска (длительность прямого пуска 20 с и более).

В настоящее время в связи с расширяющимся применением цифровых защит получили распространение специфические (профилактические) защиты: от тепловой и токовой перегрузки, от нарушения режима пуска, от несимметрии напряжения питающей сети.

Защита минимального напряжения является общей для всех электродвигателей секции и устанавливается в релейном отсеке КРУ трансформатора напряжения. Защита выполняется трехступенчатой по напряжению и выдержкам времени.

Первая ступень – уставка по напряжению 0,7 U _ном, выдержка времени 0,5¸1 с, действует на отключение неответственных электродвигателей для обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов.

Вторая ступень – уставка по напряжению 0,5 U _ном, выдержка времени 3¸9 с, действует на отключение электродвигателей ответственных потребителей в случае, когда длительно отсутствует напряжение или при запрещенном самозапуске.

Третья ступень – уставка по напряжению 0,25 U _ном, выдержка времени равна выдержке времени защиты питающего секцию ввода, действует как пусковой орган АВР.

Расчет уставок срабатывания защит асинхронных электродвигателей

1. Токовая отсечка от междуфазных коротких замыканий

В цифровых защитах отсечка выполняется в трехрелейном виде. Ток срабатывания отсечки рассчитывается по формуле

,

где К _отс – коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле и наличие апериодической составляющей в пусковом токе электродвигателя (для цифровых защит К _отс =1,5);

I _расч – расчетный ток, принимается большим из значений I _{нс вкл} и I _пуск.

Ток несинхронного включения

,

где U _с и x _с – напряжение и сопротивление системы;

E _ад – ЭДС асинхронного электродвигателя. Ее величина может быть определена по формуле

,

где U ₀ – напряжение электродвигателя до момента снятия напряжения, кВ;

cos φ;_ном – номинальный коэффициент мощности;

I ₀ – ток до момента снятия напряжения, кА;

x _ад – сопротивление электродвигателя, Ом.

,

где K _пуск – кратность пуска;

U _{ном д}, S _{ном д} – номинальные напряжение и мощность электродвигателя.

Пусковой ток электродвигателя , где I _{ном д} – номинальный ток электродвигателя.

Чувствительность токовой отсечки определяется при двухфазном КЗ на выводах электродвигателя в минимальном режиме системы и должен быть

.

Время срабатывания токовой отсечки t ≈ 0,1 с.

2. Продольная дифференциальная токовая защита.

В цифровых терминалах обычно предусматривается дифференциальная защита универсального применения, например, реле типа SPAD 346 C фирмы ABB предназначено для защиты двухобмоточных трансформаторов мощностью 12 МВт и двигателей напряжением более 1 кВ.

SPAD 346 C состоит из трех модулей:

- модуль дифференциального реле SPCD 3 D 53;

- модуль реле защиты от замыканий на землю SPCD 2 D 55;

- модуль максимального реле тока и реле замыкания на землю SPCJ 4 D 28.

Рассмотрим в качестве примера модуль дифференциального реле SPCD 3 D 53.

Дифзащита содержит две части: чувствительную защиту с торможением и блокировкой по 2-й и 5-й гармоникам и грубую – без торможения и блокировки.

Тормозная характеристика содержит три участка:

- горизонтальный;

- первый наклонный с регулируемым углом наклона;

- второй наклонный с постоянным углом наклона, равным 100%, т.е. изменение тормозного тока равно изменению дифференциального тока.

Дифференциальный ток , тормозной ток , где , – векторы токов плеч защиты со стороны выводов обмоток статора электродвигателя – фазного и нулевого.

Дифференциальный и тормозной токи на тормозной характеристике – это относительные значения этих токов (по отношению к номинальному току реле).

Порядок расчета дифференциальной защиты аналогичен тому, что приводится в разделе о защите трансформатора.

3. Защита от замыкания на землю в обмотке статора.

Первичный расчетный ток срабатывания защиты от замыкания на землю в обмотке статора электродвигателя определяется по условию отстройки от броска собственного емкостного тока присоединения при внешнем замыкании на землю

,

где К _отс =1,8 – коэффициент отстройки;

К _б – коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока присоединения в начальный момент внешнего замыкания на землю; – для цифровой защиты, но эту величину следует уточнить по инструкции фирмы-изготовителя;

I _c – утроенное значение собственного емкостного тока присоединения.

,

где I _{c дв} – емкостной ток электродвигателя;

I _{c л} – емкостной ток кабельной линии.

4. Защита от перегрузки

Защита от перегрузки на цифровых защитах выполняется либо по току, либо по нагреву.

Методика расчета излагается в материалах фирмы-изготовителя защиты.

Принципиальная электрическая схема цифровой защиты электродвигателя мощностью до 5000 кВт на примере защиты ТЭМП 2501-4Х показана на рис. 2.16. Это комплектное устройство защиты и автоматики электродвигателей напряжением 6-10 кВ. Устройство может применяться для асинхронных и синхронных электродвигателей и реализует полный набор функций защиты и автоматики, кроме дифференциальной защиты.